异型网壳大跨钢结构安装施工技术汇报

申报成果的详细技术内容（11）1、成果主要用途、技技术原理。（12）（1）应用领域:建筑钢结构（2）技术原理：1.大型铸钢节节点的高空安安装定位（1）先采用计算机仿仿真技术，将将铸钢件的CAD三维模型通通过仿真技术术模拟其在高高空位置，即即铸钢件的三三维尺寸和三三维坐标位置置与实际安装装位置相同，并并根据其CAD三维模型，找找出其重心位位置，从而确确定其安装支支撑架的轮廓廓尺寸和位置置，确保铸钢钢件的重心位位于安装支撑撑架以内，从从而保证铸钢钢件与其他构构件焊接前的的安全性。（2）在CAD软件中将铸铸钢件的三维维模型转移到到地面预先设设定位置，所所谓地面预先先设定位置为为现场临时拼拼装的场地，根根据仿真技术术，确定铸钢钢件模型各端端口在地面的的三维定位坐坐标，该三维维坐标为铸钢钢件地面定位位测量坐标。（3）根根据步骤2铸钢件各端端口的三维定定位坐标，进进行地面安装装定位。将铸铸钢件吊装到到地面位置，先先选择其中一一个端口A的三维坐标标调整该端口口到位，到位位后用钢管支支撑该端口，使使之与地面平平台连接，并并标记好钢管管在地面的位位置。再选择择距离A端口较远的的另一端口BB三维坐标调调整该端口到到位，重复AA端口的过程程。再选择距距离A端口和B端口均较较远的C端口重复A端口和B端口的过过程。A、B、C三个端口的的选择原则为为：铸钢件的的重心处于AA、B、C三个端口所所形成的三角角平面内。（4）再再对剩余端口口的三维坐标标进行测量，并并与CAD三维坐坐标比较复核核，误差在允允许范围内即即完成了铸钢钢件的地面定定位。（5）将将步骤3中钢管支撑撑在地面的标标记坐标记录录好，并将该该坐标输入铸铸钢件的CAAD三维模型型，在CADD模型中将标标记的坐标通通过坐标转换换反应在步骤骤1的安装支撑撑平台上，并并在CAD中调出支撑撑平台上该标标记的三维坐坐标。（6）测量量人员将支撑撑平台标记的的CAD三维坐坐标定位在现现场支撑平台台上，并标记记好位置。将将在地面定位位好的铸钢件件吊入到支撑撑平台上，并并使铸钢件下下的钢管支撑撑落在对应支支撑平台标记记点上，地面面测量人员，复复核高空定位位后各端口的的坐标完毕后后，铸钢件的的高空定位完完成。2.大型杆件的的焊接质量控控制（1）定位焊：定位焊焊是厚板施工工过程中最容容易出现问题题的部位。由由于厚板在定定位焊时，定定位焊处的温温度被周围的的“冷却介质”很快冷却，造造成局部过大大的应力集中中，引起裂纹纹的产生，对对材质造成损损坏。解决的的措施是厚板板在定位焊时时，提高预加加热温度，加加大定位焊缝缝长度和焊脚脚尺寸。（2）多层多道焊：在在厚板焊接过过程中，坚持持的一个重要要的工艺原则则是多层多道道焊，严禁摆摆宽道。这是是因为厚板焊焊缝的坡口较较大，单道焊焊缝无法填满满截面内的坡坡口，而一些些焊工为了方方便就摆宽道道焊接，这种种焊接造成的的结果是，母母材对焊缝拘拘束应力大，焊焊缝强度相对对较弱，容易易引起焊缝开开裂或延迟裂裂纹的发生。而而多层多道焊焊有利的一面面是；前一道道焊缝对后一一道焊缝来说说是一个“预热”的过程；后后一道焊缝对对前一道焊缝缝相当于一个个“后热处理”的过程，有有效地改善了了焊接过程中中应力分布状状态，利于保保证焊接质量量。（3）主管与次构件平面面分段的焊接接根据施工方案，先先安装主管，再再安装次构件件带牛腿的单单元（在多数数面上为贯通通的面内杆件件），最后安安装嵌补管，为为了减小焊接接应力，同一一根嵌补管两两端的焊缝不不能同时施焊焊，须等一端端焊缝焊完后后再焊另一端端焊缝，每个个三角形平面面内有11根嵌补管管，可以根据据现场焊工的的数量多少来来安排同时焊焊接的嵌补管管数量。每条条环缝的焊接接，根据管径径的大小可分分别选择1－2人进行焊接接；当选用22人焊接时，施施焊时必须保保持左右（上上下）对称进进行焊接；焊焊接时必须严严格按照焊接接工艺评定试试验方案中所所示焊层布置置，由板厚底底部至钢板表表面逐层进行行焊接。2、成果技术创新性性：阐述成果果的技术实质质；在关键技技术、系统综综合集成的创创新程度；具具有自主知识识产权在总体体技术中所占占比重。（113）1.仿真模拟软软件AutoCCAD的运用，并并运用到实际际工程中，符符合当今世界界建筑行业推推行BIM系统的潮流流。在工程设设计中成功实实现了BIM管理。利用用地面预先定定位技术，减减少了高空安安装的风险，提提高了安装精精度。2.厚板的多层层多道焊，前前一道焊缝对对后一道焊缝缝来说是一个个“预热”的过程；后后一道焊缝对对前一道焊缝缝相当于一个个“后热处理”的过程，有有效地改善了了焊接过程中中应力分布状状态，利于保保证焊接质量量。先安装主主管，再安装装次构件带牛牛腿的单元（在在多数面上为为贯通的面内内杆件），最最后安装嵌补补管，为了减减小焊接应力力，同一根嵌嵌补管两端的的焊缝不能同同时施焊，须须等一端焊缝缝焊完后再焊焊另一端焊缝缝。先安装主主管，再安装装次构件带牛牛腿的单元（在在多数面上为为贯通的面内内杆件），最最后安装嵌补补管，为了减减小焊接应力力，同一根嵌嵌补管两端的的焊缝不能同同时施焊，须须等一端焊缝缝焊完后再焊焊另一端焊缝缝3、成果总体技术含含量：成果的的主要性能参参数，技术经经济指标和总总体技术水平平进行分析，并并与国内外已已有同类先进进技术比较的的全面情况。（14）1.充分利用了仿仿真软件AutoCCAD三维空间技技术，对铸钢钢节点的实体体模型进行操操作，提取所所需的端口定定位点坐标，将将提取的空间间三维坐标用用于现场的测测量定位，利利用坐标系的的空间转换技技术模拟地面面定位坐标，该该技术具有极极强的可操作作性，减少了了定位时间，提提高了安装精精度，具有国国内领先水平平。2.厚板焊接应力的消消除一直是钢钢结构焊接中中的一大技术术难题，本工工程通过合理理的分段划分分、合理的焊焊接顺序减少少了焊接应力力，同时，合合理控制厚板板的多层多道道焊接，大大大改善了焊接接过程中的应应力分布状态态，提高了焊焊接质量。以上二个方面内容容的研究成果果表明，本项项新技术领先先国内现有的的相关技术。经经权威专家鉴鉴定，一致同同意该技术成成果总体上达达到国内领先先水平。4、成果经济效益。（15）《结工》课课题的研发成成功，解决了了大型铸钢节节点的高空安安装定位难题题，减少了安安装时间，提提高了安装精精度；同时，在在短短的1个月内完成成了26个高空大型型铸钢节点的的安装；在3个月内完成成了2万吨的屋盖盖网壳的安装装任务。尤其其是解决了消消除安装误差差和焊接应力力释放等难题题。从而确保保了原来无法法按期完成的的工作任务，得得到了甲方、总总包方和监理理的好评，其其经济效益显显著。1）本工程中，充分分利用了仿真真软件AutoCCAD的特点，大大大提高了铸铸钢节点的安安装效率和精精度；2）依据本工程特点点，通过合理理的分段划分分、合理的焊焊接顺序减少少了焊接应力力，同时，合合理控制厚板板的多层多道道焊接，大大大改善了焊接接过程中的应应力分布状态态，提高了焊焊接质量。5、成果社会效益：：成果在促进进技术跨越，推推动相关产业业结构调整和和产品优化升升级等方面的的作用，成果果在应用后对对社会生活、生生态、环境的的影响。（116）建筑钢结构事业的的蓬勃发展，各各种新颖、奇奇特形状的钢钢结构工程不不断出现。本本课题《型钢施》的的研究成功，实实现了建筑设设计师的构想想，获得业主主、设计和监监理单位的好好评。本技术成熟、可靠靠，将对今后后相应新颖、奇奇特形状工程程的高质量按按期完工提供供了良好的先先例；为今后后类似异型屋屋盖钢结构的的深化设计、加加工制作和安安装方案的选选定，提供了了可靠地成功功范本；对今今后类似工程程具有重要的的借鉴和指导导意义，尤其其是大型铸钢钢节点的高空空安装技术,具有重要的的推广价值；；并为国家相相关规程规范范和标准的编编制和修订提提供参考。三、评审意见初审意见年月日专家委员会评审意见年月日科技工作委员会审定意见年月日四、附件目录（17）1、技术创新课题可行性研究报告；2、技术创新课题立项文件；3、技术创新课题经费审批文件；4、研究试验报告（试制报告）、中试报告及技术总结报告等技术文件；5、技术创新成果评价、评审结果或发明专利证书；6、科技查新报告；7、成果在应用单位产生的经济、社会、环境等效益证明，格式如下。8、应用证明1、技术创新课题可行性研究报2、技术创新课题立项文件3、技术创新课题经费审批文件4、技术总结报告等技术文件异型网壳大跨钢结构施工安装新技术一、工程概况文化艺术中心总建筑面积约8.55万平方米，外形酷似一颗钻石，主体建筑主要由1800座的中央剧场、1200座的音乐厅和500座的多功能厅三部分组成，其功能和演出效果完全可以与国家大剧院相媲美。文化艺术中心位于五爱浑河隧道以西，青年大街以东，浑河以北，二环路以南，占地面积约6.5万平方米，其建筑效果图如图1.1所示。图1.1文化艺术中心效果图文化艺术中心的“钻石”外观，其最大的亮点就是多面性，它有64个面，建成后的艺术中心，从东西南北四个方向眺望它，就会呈现出步移景异的效果，其立面均呈现不同形态，如艺术一般，从每个角度观赏都有新的感受。白天，文化艺术中心宛如璀璨钻石，晶莹剔透，清澈而宁静的偎依在浑河岸边，夜幕降临，它又变身为色彩斑斓的梦幻之石，呈现绚丽的变化，代表着各种艺术形式在这里碰撞、交融、熠熠发光。文化艺术中心钢结构工程由屋盖、马道、排烟窗及舞台钢结构组成。屋盖外形呈现“钻石”外观，最大宽度110米、长度178米、标高60米，其主体结构由26个铸钢节点通过89根主杆件连接形成64个三角形平面，彼此相互弯折组成，每个三角形平面内通过次杆件互相交叉形成16个小三角形，结构主体通过12个柱脚、36组埋件与其下部混凝土结构相连。主杆件主要采用φ1430×40、φ1370×65～75大直径厚壁钢管，次构件主要采用φ775×30、φ760×25二种钢管，材质均为Q345D。主构件连接处设计采用了大型铸钢节点进行连接，主次构件间采用相贯连接形式，屋盖底部支座与混凝土大平台连接采用了铸钢连接节点，结构设计新颖，屋盖结构整体如下图1.2、图1.3和图1.4所示。图1.2屋盖钢结构整体和主要尺度示意图图1.3屋盖钢结构屋盖轴测图图1.4屋盖钢结构屋盖侧立面图二、立项背景在了解到文化艺术中心初步设计后，由公司总工办组织公司各技术部门技术骨干成立技术攻关小组，对文化艺术中心结构特点进行深入研究，提炼出本工程亟需解决的技术难题。通过内部的深入分析以及现场的多次实际调研，一一克服诸多不利因素，成功的解决了各主要技术难题，最终形成了异型网壳大跨钢结构施工安装新技术，为文化艺术中心的顺利开工实施打下了坚实基础。三、主要研究内容通过分析，本课题的研究内容可以概括为以下两个方面：1、大型铸钢节点的高空安装定位。2、大型杆件的焊接质量控制。四、关键技术研究分析及原理1.大型铸钢节点的高空安装定位1）技术关键点分析本工程共有26个空中铸钢件节点，其最大重量达到103吨，最高安装高度达60米，在国内尚属首次。铸钢节点形式如下图所示。图4.1屋盖钢结构屋盖侧立面图本工程采用“地面预先定位再高空安装”的方法，主要定位工作在地面完成，与传统安装方法相比，减少了高空操作的危险性，提高了定位效率，缩短了施工工期，降低了施工成本，经济效益明显。借助于计算机仿真技术，提高了安装的精度和效率、减少了前期的准备工作。2）研究内容及技术原理铸钢件端口较多，运用直接高空安装的传统方法，不仅安装时间较长，安装精度无法得到保证，如有端口安装误差较大，将直接影响与其他构件的焊接，造成安装误差大，焊缝质量不合格的后果。借助于计算机仿真技术，采用“地面预先定位再高空安装定位”的方法可解决上述问题。主要原理及步骤如下：（1）先采用计算机仿真技术，将铸钢件的CAD三维模型通过仿真技术模拟其在高空位置，即铸钢件的三维尺寸和三维坐标位置与实际安装位置相同，并根据其CAD三维模型，找出其重心位置，从而确定其安装支撑架的轮廓尺寸和位置，确保铸钢件的重心位于安装支撑架以内，从而保证铸钢件与其他构件焊接前的安全性。铸钢件高空就位图如下：图4.2铸钢件高空就位图（2）在CAD软件中将铸钢件的三维模型转移到地面预先设定位置，所谓地面预先设定位置为现场临时拼装的场地，根据仿真技术，确定铸钢件模型各端口在地面的三维定位坐标，该三维坐标为铸钢件地面定位测量坐标。图4.3铸钢件地面预先定位图-1（3）根据步骤2铸钢件各端口的三维定位坐标，进行地面安装定位。将铸钢件吊装到地面位置，先选择其中一个端口A的三维坐标调整该端口到位，到位后用钢管支撑该端口，使之与地面平台连接，并标记好钢管在地面的位置。再选择距离A端口较远的另一端口B三维坐标调整该端口到位，重复A端口的过程。再选择距离A端口和B端口均较远的C端口重复A端口和B端口的过程。A、B、C三个端口的选择原则为：铸钢件的重心处于A、B、C三个端口所形成的三角平面内。图4.4铸钢件地面预先定位图-2（4）再对剩余端口的三维坐标进行测量，并与CAD三维坐标比较复核，误差在允许范围内即完成了铸钢件的地面定位。（5）将步骤3中钢管支撑在地面的标记坐标记录好，并将该坐标输入铸钢件的CAD三维模型，在CAD模型中将标记的坐标通过坐标转换反应在步骤1的安装支撑平台上，并在CAD中调出支撑平台上该标记的三维坐标。（6）测量人员将支撑平台标记的CAD三维坐标定位在现场支撑平台上，并标记好位置。将在地面定位好的铸钢件吊入到支撑平台上，并使铸钢件下的钢管支撑落在对应支撑平台标记点上，地面测量人员，复核高空定位后各端口的坐标完毕后，铸钢件的高空定位完成。现场实际预定位和高空定位如图4.5和图4.6所示。图4.5铸钢节点地面预定位现场图图4.6高空定位现场图（103t铸钢节点）2.大型杆件的焊接质量控制1）技术关键点分析在焊接过程中应注意的一个重要问题，就是焊缝层间温度控制措施。如果层间温度不控制，焊缝区域会出现多次热应变，造成的残余应力对焊缝质量不利，因此在焊接过程中，层间温度必须严格控制。层间温度一般控制在200℃～250℃之间。为了保持该温度，厚板在焊接时，要求一次焊接连续作业完成。当构件较长（大于10米）时，在焊接过程中，厚板冷却速度较快，因此在焊接过程中一直保持预加热温度，防止焊接后的急速冷却造成的层间温度的下降，焊接时还可采取焊后立即盖上保温板，防止焊接区域温度过快冷却。合理的焊接顺序可以有效减小焊接应力，选择合理的焊接顺序直接关系到结构的施工质量和结构的受力安全。2）研究内容及技术原理（1）定位焊：定位焊是厚板施工过程中最容易出现问题的部位。由于厚板在定位焊时，定位焊处的温度被周围的“冷却介质”很快冷却，造成局部过大的应力集中，引起裂纹的产生，对材质造成损坏。解决的措施是厚板在定位焊时，提高预加热温度，加大定位焊缝长度和焊脚尺寸。（2）多层多道焊：在厚板焊接过程中，坚持的一个重要的工艺原则是多层多道焊，严禁摆宽道。这是因为厚板焊缝的坡口较大，单道焊缝无法填满截面内的坡口，而一些焊工为了方便就摆宽道焊接，这种焊接造成的结果是，母材对焊缝拘束应力大，焊缝强度相对较弱，容易引起焊缝开裂或延迟裂纹的发生。而多层多道焊有利的一面是；前一道焊缝对后一道焊缝来说是一个“预热”的过程；后一道焊缝对前一道焊缝相当于一个“后热处理”的过程，有效地改善了焊接过程中应力分布状态，利于保证焊接质量。（3）典型构件焊接顺序a、主管与铸钢节点的焊接顺序根据施工方案，以三根主管组成一个三角形安装单元，为了保证焊接质量减小焊接应力，在进行焊接时须按照如下顺序施焊，同一根主管两端的焊缝不能同时施焊。图4.7主管与铸钢节点的焊接顺序若只有一